基床系數試驗方法的研究與應用

劉麗媚

（中化二建山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西太原　030021）

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基床系數試驗方法的研究與應用

劉麗媚

（中化二建山西華晉巖土工程勘察有限公司，山西太原030021）

摘要：基于山西地區基床系數測試方法不成熟的現狀，在山西省太原市地鐵二號線三標段某站點的勘察中，采用各種室內試驗和原位測試的方法來綜合確定基床系數值，并以此為基礎，分析了各種測試結果的關聯性及可靠性。

關鍵詞：基床系數，土工試驗，巖土工程勘察

1　基床系數的定義

19世紀中葉，E. Winkler提出了著名的Winkler地基模型，并給出了基床系數K的定義：K =（P2- P1）/（S2- S1）。

2　基床系數的室內試驗

2.1三軸試驗法

工程中采用CD試驗方法利用全自動三軸壓縮儀進行基床系數的測定。為了使土樣受力狀態與天然狀態相似，通常采用K0固結。通過整理試驗數據得到Δσ1—Δh試驗曲線，最后取曲線初始切線模量或某一割線模量就是對應應力狀態下的基床系數。

2.2固結法

固結試驗方法是根據固結試驗中測得的應力與變形的關系來確定基床系數K：

3　基床系數的原位測試

3.1K30原位測試

GB 50307—2012城市軌道交通巖土工程勘察規范規定，基床系數的現場測定宜采用K30方法，即采用直徑30 cm的載荷板垂直或水平加載試驗，可直接測定地基土的垂直基床系數及水平基床系數。

3.2標貫試驗

地基土的基床系數與現場標貫試驗的實測擊數具有一定的聯系，GB 50307—2012城市軌道交通巖土工程勘察規范中基床系數值與地基土的標貫擊數N的經驗關系為：K =（1. 5～3. 0）N。

3.3旁壓試驗

依據上海市規范DGJ 08—37—2012巖土工程勘察規范，可以依據旁壓試驗來確定土層的水平基床系數。Kh=Δp/Δs，其中，Δp為地基土所受的應力增量；Δs為在Δp作用下地基土相應的位移增量。取旁壓試驗彈性階段壓力增量及相應的位移增量計算地基土的水平基床系數。

3.4扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹試驗適用于軟土、一般黏性土、粉土、黃土和松散或稍密的砂土。依據TB 10041—2003鐵路工程地質原位測試規程，可以通過扁鏟旁壓試驗來確定土層的水平基床系數。Kh=0. 2× 1 817（1 - A）（p1- p0），其中，p1為扁鏟側脹試驗中膜片膨脹1. 10 mm時的膨脹壓力，kPa；p0為扁鏟側脹試驗中膜片向土中膨脹之前作用在膜片上的接觸壓力，kPa；A為孔隙壓力參數，m-1。

4　工程應用

此次研究依據太原市軌道交通2號線一期工程KC-3標段某站的勘察工作展開進行。學府街站場內鉆孔揭露地層主要為第四系全新統、上更新統地層，共3個大層，10個亞層。

第四系全新統：

①人工填土：包括雜填土①-1和素填土①-2。

②-2沖積、洪積粉質黏土：褐黃色，可塑為主，局部軟塑，土質均勻。層厚0. 8 m～9. 4 m，平均層厚3. 75 m。

②-3-1沖積、洪積黏質粉土：黃褐色，濕，中密為主，局部密實，層厚0. 7 m～10. 7 m，平均層厚4. 07 m。

②-4沖積、洪積粉細砂：顆粒級配不良，局部夾薄層黏質粉土，潮濕～飽和，中密為主，層厚1. 00 m～6. 10 m，平均層厚2. 81 m。

②-5沖積、洪積中砂：黃褐、灰褐色，顆粒級配良好，中密～密實，飽和。層厚0. 8 m～17. 8 m，平均層厚7. 08 m。

第四系上更新統：

③-3沖積、洪積粉質黏土：黃褐色～灰褐色，可塑～硬塑，層厚0. 80 m～6. 5 m，平均層厚3. 33 m。

③-4-1沖積、洪積黏質粉土：褐黃色，濕，密實，層厚1. 0 m～9. 3 m，平均層厚4. 06 m。

③-5沖積、洪積粉細砂：褐灰色，飽和，中密～密實，顆粒級配不良。層厚1. 1 m～5. 45 m，平均層厚2. 91 m。

③-6沖積、洪積中砂：黃褐、灰褐色，顆粒級配良好，密實，飽和，鉆孔未揭穿該層，揭露最大厚度5. 0 m。

③-11沖積、洪積卵石土：黃褐、灰褐色，磨圓度較好，顆粒級配良好，細砂充填，密實，飽和，成分以中風化砂巖為主，粒徑多為2 cm～5 cm，其含量約占總重的50%～60%。層厚0. 70 m～2. 30 m，平均層厚1. 34 m。

1）各試驗方法確定土層基床系數值統計如表1所示。

表1　土層基床系數值統計表　MPa/m

2）試驗結果分析。從原位測試結果來看，K30試驗結果偏小，標貫試驗結果在淺層土體中的測試結果與K30測試結果相接近。而旁壓試驗結果約為K30測試結果的6倍～12倍，扁鏟側脹的測試結果約為K30測試結果的8倍～21倍。

室內試驗法相比于K30試驗來看，測試結果普遍偏大。三軸法測定的垂直基床系數結果是K30測試結果的1. 9倍～2. 2倍，固結法測定的垂直基床系數結果是K30測試結果的2. 2倍～3. 0倍；三軸法測定的水平基床系數結果是K30測試結果的1. 4倍～1. 7倍，固結法測定的水平基床系數結果是K30測試結果的2. 0倍～2. 2倍。

兩種室內試驗方法中，室內固結法測定的結果普遍比三軸法測定的結果偏大，固結法測定的垂直基床系數比三軸法高約25%～80%，固結法測定的水平基床系數普遍比三軸法高約30%～50%。

通過比較GB 50307—2012城市軌道交通巖土工程勘察規范中基床系數的建議值，可以看出K30的測試結果基本在規范建議值范圍內。標貫試驗在淺層土中的試驗結果在規范建議范圍內，對于深層土測試結果稍偏大。而旁壓試驗及扁鏟側脹試驗的結果偏離規范建議值范圍很大。三軸試驗法基本在規范建議值范圍內，而固結法測得的基床系數普遍比建議值稍偏大。

勘察報告中最終提供的基床系數建議值是根據室內試驗、現場原位測試以及規范建議值綜合確定的，對于能獲取到K30實測指標的土層，以K30試驗結果為主要依據。

5　結語

1）此次研究成果適用于太原盆地汾河沖積平原區一級階地向漫灘漸變段深度在40 m左右的粉質黏土、黏質粉土、粉細砂及中砂。

2）通過基床系數的室內試驗研究，形成了基床系數室內試驗操作的基本方法。但關于室內試驗準確確定基床系數的方法有待于進一步的研究及大量的實踐。

3）隨著工程建設進行周邊地質條件的改變，以及大量實踐及數據的積累，所確定的同區段基床系數值也可能有所偏離，因此本文研究成果需根據實際情況不斷地修改更新。

Research and application of experiment methods for coefficient of subgrade reaction

Liu Limei
（Shanxi Huajin Geotechnical Engineering Survey Co.，Ltd，China Chemical Engineering Second Construction Corporation，Taiyuan 030021，China）

Abstract：Based on the immature reflection of the measurement methods for the coefficient of subgrade reaction in Shanxi，the paper adopts various indoor tests and in-situ measurement to identify the value of the coefficient of subgrade reaction in the survey at some station of the 3rd section of 2nd line of Taiyuan Subway in Shanxi，and analyzes the relevance and reliability of the measured results based on the previous points.

Key words：coefficient of subgrade reaction，civil engineering test，geotechnical engineering survey

中圖分類號：TU411

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0101-02

收稿日期：2016-01-19

作者簡介：劉麗媚（1989-），女，助理工程師